Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: двигатель содержит корпус с трохоидальной рабочей камерой 1, в которой размещен эксцентриковый вал с установленными на нем ротором-поршнем 2 с по меньшей мере двумя вершинами, снабженными уплотнительными пластинами 3 с дугообразным профилем их контактных поверхностей и закрепленными на корпусе и роторе-поршне 2 синхронизирующими шестернями 4, 5. Уменьшение переменных крутящих моментов на роторе-поршне 2 относительно его оси вращения, возникающих от давления газов при работе двигателя, обеспечивает равенство моментов сил, действующих на каждую пару вершин, замыкающих рабочие отсеки. Это достигается коррекцией исходного трохоидного профиля, заключающейся в смещении последнего во внешнюю сторону за исключением точек на концах большей и меньшей половин осей камеры. Указанная коррекция обеспечивает условия, при которых точки контакта профиля со всеми вершинами ротора-поршня 2 в любом положении последнего находятся на равном расстоянии от его оси вращения, что обеспечивает равенство моментов сил, действующих на каждую пару вершин, замыкающих отсеки ротора-поршня, относительно его оси, что, в свою очередь, уменьшает переменные нагрузки на зубья синхронизирующих шестерен, повышая их надежность и срок службы. 13 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к роторно-поршневым двигателям внутреннего сгорания с контактной системой уплотнения.

Известные роторно-поршневые двигатели, содержащие корпус с трохоидальной рабочей камерой, в которой размещен эксцентриковый вал с установленным на нем ротором-поршнем, по меньшей мере с двумя вершинами, снабженными уплотнительными пластинами, с дугообразным профилем их контактных поверхностей и закрепленными на корпусе и роторе-поршне синхронизирующими шестернями (Ханин Н. С. Чистозвонов С.В. Автомобильные роторно-поршневые двигатели", М.Машгиз, 1964, с. 77 78).

Предложенный двигатель отличается от прототипа тем, что профиль его рабочей камеры образован плавной кривой, огибающей три группы точек, причем точки первой группы лежат на осях симметрии вершин поперечного сечения ротора-поршня, в положении последнего, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом большей половины оси камеры и расположены от оси вращения ротора-поршня на расстоянии, определяемом по формуле: Точки второй группы лежат на осях симметрии вершин поперечного сечения ротора-поршня, в положении последнего, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры и расположены от оси вращения ротора-поршня на расстоянии, определяемом по формуле: Точки третьей группы лежат на осях симметрии вершин поперечного сечения ротора-поршня, в положении последнего, когда эксцентрик вала занимает среднее по углу положение между большей и меньшей половинами осей камеры, и расположены от оси вращения ротора-поршня на расстоянии, определяемом по формуле: где OD_k определяемое расстояние между осью вращения ротора-поршня и точками профиля, лежащими на осях симметрии вершин в указанных положениях ротора-поршня; r_m заданный радиус дуги профиля контактной поверхности уплотнительных пластин.

OA заданное расстояние между осью вращения ротора-поршня (O) и концом большей половины оси камеры (A), при совмещении оси симметрии одной из вершин с концом большей половины оси камеры. Через точку A при этом проходит окружность (с центром в O), на которой лежат точки контакта (K_k) всех вершин, в данном положении ротора-поршня. (фиг.1, 2); OB заданное расстояние между осью вращения ротора-поршня (O) и концом меньшей половины оси камеры (B) при совмещении оси симметрии одной из вершин с концом меньшей половины оси камеры. Через точку B при этом проходит окружность (с центром в O), на которой лежат точки контакта (K_k) всех вершин, в данном положении ротора-поршня (фиг.3, 4); OC расстояние между осью вращения ротора-поршня (O) и условной точкой (C), лежащей на окружности, концентричной ротору-поршню, радиус которой (OA + OB)/2, в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала занимает среднее по углу положение между большей и меньшей половинами осей камеры. Точки контакта (K_k) всех вершин, в данном положении ротора-поршня лежат на указанной окружности (фиг.5, 6);
PM_a расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен (P) и центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин (M_a), как точек пересечения осей симметрии вершин с окружностью, концентричной ротору-поршню, радиус которой OA r_m в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с большей половиной оси камеры (фиг.2);
PM_b расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен (P) и центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин (M_b), как точек пересечения осей симметрии вершин с окружностью, концентричной ротору-поршню, радиус которой OB r_m в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры (фиг. 4);
PM_c расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен (P) и центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин (M_c), как точек пересечения осей симметрии вершин ротора-поршня с окружностью, концентричной ротору-поршню, радиус которой OC r_m в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала (O) занимает среднее по углу положение между большей и меньшей половинами осей камеры (фиг.6);
δ угол между осью симметрии вершины ротора-поршня и нормалью к профилю, прямо проходящей через точку сопряжения синхронизирующих шестерен (P) и через центр дуги профиля контактной поверхности уплотнительной пластины, как точки пересечения оси симметрии вершины с окружностью, концентричной ротору-поршню и радиус которой равен:
1) (OA r_m) OM_a в положении ротора-поршня когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом большей половины оси камеры (фиг.2);
2) (OB r_m) OM_b в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры (фиг.4).

3) (OC r_m) OM_c в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала занимает среднее по углу положение между большей и меньшей половинами осей камеры (фиг.6).

PM_a, PM_b, PM_c и d вычисляются тригонометрическим способом для каждой вершины с учетом OM_a, OM_b, OM_c, R, r, e по схемам, выполненным для каждого положения ротора-поршня (фиг.2, 4, 6).

На фиг. 1, 8 показан предложенный профиль D_k, в сравнении с равным ему по осям, профилем-эквидистантой D_t. Кривая профиля огибает первую группу точек D_k, расположенных от оси вращения ротора-поршня на расстоянии ОD_k; на фиг. 2, 9 геометрические параметры, необходимые для определения первой группы точек, в первом из трех положений ротора-поршня; на фиг. 3, 10 кривая профиля, огибающая точки D_k второй группы; на фиг. 4, 11 геометрические параметры, необходимые для определения второй группы точек, во втором из трех положений ротора-поршня; на фиг. 5, 12 - кривая профиля, огибающая точки D_k третьей группы; на фиг. 6, 13 - геометрические параметры, необходимые для определения третьей группы точек в третьем положении ротора-поршня.

Предложенный профиль рабочей камеры в отличии от эквидистанты к эпитрохоиде и известных ее коррекций имеет конфигурацию при которой точки сопряжения K_k всех уплотнительных пластин с боковой поверхностью D_k рабочей камеры, находятся на равном расстоянии от оси вращения ротора-поршня при любом контактном положении последнего, благодаря чему моменты сил, действующих при работе двигателя на каждую пару вершин, замыкающих отсек -равны, что уменьшает переменные нагрузки на зубья синхронизирующих шестерен, повышая их надежность и работоспособность.

Формула изобретения

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с трохондоподобной рабочей камерой, в которой размещен эксцентриковый вал, с установленным на нем ротором-поршнем по меньшей мере с двумя вершинами, снабженными уплотнительными пластинами, с дугообразным профилем их контактных поверхностей и закрепленными на корпусе и роторе-поршне синхронизирующими шестернями, отличающийся тем, что профиль рабочей камеры образован плавной кривой, огибающей три группы точек, причем точки первой группы лежат на осях симметрии вершин поперечного сечения ротора-поршня, в положении последнего, когда ось симметрии одной из его вершни совмещена с концом большей половины оси камеры, и расположены от оси вращения ротора-поршня на расстоянии, определяемом по формуле

точки второй группы лежат на осях симметрии вершин поперечного сечения ротора-поршня, в положении последнего, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры, и расположены от оси вращения ротора-поршня на расстоянии, определяемом по формуле

точки третьей группы лежат на осях симметрии поперечного сечения вершин ротора-поршня, в положении последнего, когда эксцентрик вала занимает среднее, по углу, положение между большей и меньшей половинами осей камеры, и расположены от оси вращения ротора-поршня расстоянии, определяемом по формуле

где OD_k определяемое расстояние между осью вращения ротора-поршня и точками профиля, лежащими на осях симметрии вершин в указанных положениях ротора-поршня;
r_m радиус дуги профиля контактной поверхности уплотнительных пластин;
ОА расстояние между осью вращения ротора-поршня и концом большей половины оси камеры в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом большей половины оси камеры;
ОВ расстояние между осью вращения ротора-поршня и концом меньшей половины оси камеры, в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры;
ОС расстояние между осью вращения ротора-поршня и условной точкой на окружности, концентричной ротору-поршню, радиус которой равна (ОА + ОВ)/2 в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала занимает среднее, по углу, положение между большей и меньшей половинами осей камеры;
РА_а расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен и центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин, как точек пересечения осей симметрии вершин с окружностью, концентричной ротору-поршню и радиус которой равен АО r_m, в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом большей половины оси камеры;
РМ_в расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен с центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин, как точек пересечения осей симметрии вершин с окружностью, концентричной ротору-поршню и радиус которой равен ОВ r_m, в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры;
РМ_с расстояние между точкой сопряжения синхронизирующих шестерен и центрами дуг профиля контактной поверхности уплотнительных пластин, как точек пересечения осей симметрии вершин с окружностью, концентричной ротору-поршню и радиус которой равен ОС r_m, в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала занимает среднее, по углу, положение между большей и меньшей половинами осей камеры;
∠δ°- угол между осью симметрии вершины ротора-поршня и нормалью к корректируемому профилю прямой, проходящей через точку сопряжения синхронизирующих шестерен и через центр дуги профиля контактной поверхности уплотнительной пластины, как точки пересечения оси симметрии вершины с окружностью, концентричной ротору-поршню и радиус которой равен
1) (ОА r_m) в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом большей половины оси камеры;
2) (ОВ r_m) в положении ротора-поршня, когда ось симметрии одной из его вершин совмещена с концом меньшей половины оси камеры;
3) (ОС r_m) в положении ротора-поршня, когда эксцентрик вала занимает среднее, по углу, положение между большей и меньшей половинами осей камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13